应用于卫星导航定位终端的抗干扰天线系统研究

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卫星导航定位终端在高精制导武器以及民用测量领域举足轻重,但因导航卫星远离地面,导致到达地面终端的导航信号极其微弱(约-160dBW),因此极易受干扰,在恶劣电磁环境下失效。采用多阵元自适应天线阵列能在一定程度上抑制干扰,但因阵元间距过近,阵元间存在严重互耦,阵元辐射方向图产生畸变,抑制效果不甚理想。因此降低阵元互偶成为提高卫星导航定位终端性能的重要手段之一。随着超材料研究的兴起,最新出现的超材料吸波器为降低天线阵元互耦,改善阵元辐射特性提供了可能。为此,本文主要工作是研究具有高隔离度的右旋圆极化微带天线阵列以及相应的自适应算法。主要研究成果如下:  首先,根据天线基本理论,详尽分析了影响圆极化微带天线阵列互耦的三大主要因素:表面波耦合、近场感应和远场辐射耦合。针对北斗二代系统对自适应抗干扰天线阵列的要求,提出了紧凑型四阵元和七阵元中心圆对称阵列形式的抗干扰天线阵列方案。本文中的理论分析、仿真计算和实验测试表明:阵元间距和天线阵直径分别为0.28和0.84个工作波长时,四阵元阵列中最大的互耦系数达到-13dB,七阵元中更是达到-10dB。远场测试发现互耦导致了各个阵元辐射方向图发生显著畸变;同时处于阵列中心的阵元天线增益显著下降,四阵元中较其他阵元增益减少了1.5dB。  其次,本文对超材料吸波器的基本理论、电磁等效参数反演算法、宽边耦合磁开口谐振环阵列、互补式电谐振环阵列以及双向电谐振环吸波器做了深入研究。  1)提出了具有相位自动修正能力的超材料结构等效电磁参数反演算法,该算法可以自动修正相位,解决了Smith提出的标准散射参数反演算法中的参数跳变问题,尤其适用于反演计算材料吸波器的等效电磁参数。  2)完成了宽边耦合磁开口谐振环阵列的仿真计算和实验测试,结果表明二维宽边耦合磁开口谐振环阵列加载在二阵元圆极化微带天线阵列互耦系数降低了27.4dB,达到-42.7dB。加载在四阵元中心元对称微带天线阵列中,互耦降低了20dB,达到-35dB。同时,天线阵元辐射方向图的对称性也获得显著改善。  3)提出了具有超紧凑结构的互补式电谐振环吸波器结构,仿真结果表明其单元尺寸和厚度仅为工作波长的1/33和1/250,且在入射角±49°内,吸收系数达到90%。4)提出了双向电谐振环吸波器结构,完成了仿真分析和实验测试,结果表明在工作频段内,反射系数S11小于-17dB和传输系数S12小于-23dB,表明该结构具良好的吸波性能。  最后,本文详尽分析了功率倒置算法的基本理论,自行针对理想四阵元圆极化微带天线阵列的编制了Matlab程序,干信比为120dB时,分别针对单干扰、双干扰和三干扰进行了仿真实验,结果表明功率倒置算法能够有效的抑制1至3个强干扰,抑制零深达到-100dB。
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